基于嵌入式Linux的短信收发系统设计

摘要：移动通信中的短消息业务以其方便、可靠和价廉得到了广泛应用，本文在嵌入式Linux系统中，通过西门子MC35模块，实现了短信收发系统，该系统采用PDU短信模式，能支持中文短信。程序设计采用异步事件驱动方式，提高了系统的运行效率。嵌入式系统体积小巧，Linux资源开放，因此该系统经过二次开发，可方便地用于各种移动数据采集系统中。

1. 引言

全球移动通信系统GSM是我国范围最广、通信能力最强的移动通信业务，而其中的短消息功能由于其使用方便、价格低廉、可靠性高而得到广泛应用。嵌入式Linux也是目前得到广泛应用的技术，功能强大和资源丰富是其最大的优势。本文在嵌入式Linux系统中利用GSM模块实现短信的收发，对不方便架设通信线的偏远地区，提供了数据采集的新手段。同时嵌入式系统体积小巧，Linux操作系统资源开放，所以本系统经过二次开发，可方便地构成移动数据采集系统，用于远程数据采集、监控。

2. 短信收发原理

短信服务业务SMS（Short Message Service）是GSM系统提供给用户的一种数字业务。它与话音传输及传真一样同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。涉及SMS管理的协议如图1所示。

图1 SMS管理的协议

图中SME为短信实体， SMSC为短信服务中心，SMCGWMS为SMS网关，HLR是归属位置寄存器，用于永久储存管理用户和服务记录的数据库，MSC为移动交换中心，VLR为访问位置寄存器，含有用户临时信息的数据库，交换中心服务访问用户时需要这些信息。

短消息模块的接入方式支持两种模式：基于AT指令的TEXT模式和基于AT指令的PDU模式，它指的是短信息数据的编码格式，文本模式只支持7-bit编码，只能发送纯英文和数字信息，而PDU模式支持7-bit编码、8-bit编码和UCS-2编码，其中后者可进行Unicode编码，如中文，所以本系统采用PDU模式。

GSM模块采用标准AT指令集通信，其中本系统用到的AT指令如表1所示。

表1 相关AT指令

3. GSM短信数据格式分析

3.1 发送短信PDU字符串

由于短信模式选择的是PDU格式,因此对PDU的编码和转码就变得很重要。中文短信息的实现需要将GB2312的中文编码转换为代码页为CP936的Unicode编码，PDU发送字符串数据格式中主要由短信中心地址、文件头字节、信息类型、目的地址、协议标识、数据编码方案、有效期、用户数据长度和用户数据组成。例如：设置PDU格式的编码为08 91 68 31 08 20 01 05 F0 11 00 0D 91 68 31 21 43 65 87 F9 00 08 00 04 4F 60 59 7DH，这组代码的含义如下所示：

08H：短信服务中心地址信息的长度，共8个八位字节(包括91) ；

91H：短信服务中心地址格式，用国际格式号码，在前面加‘+’ ；

68 31 08 20 01 05 F0H：短信服务中心地址，8613800210500，补‘F’凑成偶数个；

11H：基本参数，协议数据单元类型，表示发送，TP-VP用相对格式；

00H ：信息参考，00H表示参考本身号码 ；

0DH ：对方手机号数字个数，共13个十进制数 ；

91H ：对方手机号，用国际格式号码，在前面加‘+’ ；

68 31 21 43 65 87 F9H：对方手机号(TP-DA)，8613123456789，补‘F’凑成偶数个；

00H：协议标识(TP-PID)， 是普通GSM类型，点到点方式；

08H：用户信息编码方式(TP-DCS)，主要用其1个字节的第2和第3位表示编码方式，08H表示为UCS-2编码，最多发140个字符；04H为8-bit编码，最多发140个字符；00H为7-bit编码，最多发160个字符；

00H：有效期(TP-VP)，5分钟；

04H：短信长度(TP-UDL)，实际长度4个字节；

4F 60 59 7DH：用户信息(TP-UD)，“你好”的Unicode编码 。

3.2 短信接收PDU字符串

接收方PDU字符串的含义和发送方不同，同样以“你好”为例，接收方的PDU字符串为：08 91 68 31 08 20 01 05 F0 24 0D 91 68 31 67 24 47 63 F0 00 08 70 50 91 31 21 25 23 04 4F 60 59 7DH，其含义如下：

08 91 68 31 08 20 01 05 F0H：短信服务中心，分析同发送相同；

24H：协议数据单元类型基本参数(TP-MTI/VFP) ，发送，TP-VP用相对格式；

0DH：对方手机号数字个数；

91H：对方手机号(TON/NPI)，用国际格式号码(在前面加‘+’)；

68 31 67 24 47 63 F0H ：对方手机号(TP-DA)，8613764274360，补‘F’凑成偶数个；

00H：协议标识(TP-PID) ，是普通GSM类型，点到点方式；

08H：用户信息编码方式(TP-DCS) ，分析同发送方；

70 50 91 31 21 25H：短信息发送时间（SCTS），07年05月19日13时12分52秒；

23H：发送时间对应的时区；

04H：短信长度(TP-UDL)，实际长度4个字节；

4F 60 59 7DH：用户信息(TP-UD) ，“你好”的Unicode编码。

4. 系统组成

4.1 硬件组成

系统由嵌入式Linux系统和西门子MC35模块通过串行接口三线制连接而构成， MC35模块通过串口1与嵌入式系统相连，嵌入式系统配置包括50MHz 主频的MPC860 32位处理器，16M SDRAM内存，2个RS232，操作系统采用嵌入式Linux for PowerPC。MC35模块由GSM基带处理器、电源专用集成电路、射频电路和闪速存储器等部分组成，负责处理GSM蜂窝设备中的音频、数据信号，内嵌的软件部分执行应用接口和所有GSM协议栈的功能。MC35模块支持中文短信，支持GPRS功能，便于将来功能的扩展。

4.2 libcssl函数库

为了实现短信收发，需要在嵌入式Linux下通过串口发送一系列的AT指令。串行通信是计算机与其它设备通信的常用方法，在本系统中采用一个基于Linux的串行通信函数库libcssl，可实现串行接口的异步事件驱动并发。采用该方法，用户只要在服务器和数据源之间建立异步连接，编写数据处理函数，而对数据源事件的监测、数据读取、多事件的处理等操作是由操作系统内部完成的，因而，很大程度上简化了编程者的工作，同时保证了较高的资源利用率。

libcssl函数库提供给用户多种基于事件驱动方式的串行接口函数。其主要的函数有4类，分别进行串口初始化、收发数据、错误信息和结束串口操作。在使用某个串口之前，应调用初始化函数，为其设定相应的参数，使得收发双方遵循相同的通信协议和数据格式，同时通过初始化操作，为串口数据源和采集服务器之间建立异步连接，分配采集句柄。当数据源通过串口向嵌入式系统发送数据时，该数据会被送入数据缓冲区，并通过该数据源的采集句柄访问该串口的事件回调函数，在该函数中完成数据的处理。这样，当用户使用多个串口时，不需要用多个线程，只需为每个串口设置独立的回调函数，各回调函数之间可方便地实现数据交换共享。程序中可通过获取错误信息得知系统出现的错误状态，而采集程序结束，应关闭串口，释放系统资源。相关的函数如表2所示。

表2 libcssl函数库中的主要函数

4.3 软件设计

使用了异步事件驱动函数库，程序设计简单而容易实现，程序主要由2部分组成，即主程序设计和回调函数程序设计，主程序只需做初始化和发送短信，其余功能都放在回调函数中完成。

在主程序中，各变量赋初值，调用cssl_open函数打开串口，设定的参数为采用串口1，即嵌入式Linux的ttyS0设备，波特率9600bps，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，无数据流控制，定义串口接收数据缓冲区有数据输入时，回调函数为callback函数，该函数对数据缓冲区中的数据进行分析处理。通过发送AT+CMGF=0指令定义短信模式为PDU模式，并判断是否有短信需要发送。对待发送的短信按照PDU发送字符串格式进行编码。

回调函数中首先读取输入缓冲区内容，根据对标志和缓冲区内容的判断，可以得知回调事件是由哪个事件引起，分别加以处理，由于每次向GSM模块发送AT指令后，模块会发送OK或ERROR等响应表示操作成功或失败，所以在回调函数中一个很重要的功能就是判断AT指令是否发送成功，为了区分不同AT指令的响应，程序中采用状态标志，表征系统发送AT指令的类型。在收到新短信后，需要提取短信发送方电话号码、短信发送时间和短信内容等相关信息，并加以存储，提取的依据就是短信接收PDU字符串的编码格式。为了避免由于短信满而无法接收新短信，需要将处理过的短信删除。相关的流程图如图2和图3所示。

图2 主程序流程图

图3 回调函数程序流程图

5. 结论

本文的创新之处在于提供了嵌入式Linux下GSM模块的短信收发系统设计方法，程序设计中利用串行接口驱动函数库libcssl，以串口I/O事件驱动设备的数据采集。短信收发采用PDU模式，能够处理中文、英文和中英文短信。异步事件驱动的架构可以提高系统并发处理性能，程序能够执行多个异步操作而不调用阻塞线程，降低系统开销。嵌入式系统加GSM模块的系统组成体积小巧，非常适合于偏远地区或移动的数据采集系统。根据系统的需要，还可以充分利用MC35模块的GPRS功能，实现高速的数据采集。

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